(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次式（１）
【化１】
0005231783.tif 000006
（式中、Ｒは一般式（２）、
−Ｒ１−（Ｏ−Ｒ２）ｍ−Ｏ−Ｒ３            （２）
（式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立して炭素数１〜６のアルキレン基を表し、Ｒ３は炭素数１〜５のアルキル基を表し、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３はさらにアルキル基で置換されていてもよく、ｍは３〜１０であり繰り返し数を表す。）で表わされるオリゴアルキレンオキシ基を表し、ｎは３８〜４９でありポリマーの繰り返し数を示す。）
で表されるポリ（メタフェニレン）誘導体。
【請求項２】
ｍが、４又は５である請求項１に記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
【請求項３】
オリゴアルキレンオキシ基が、光学活性なオリゴアルキレンオキシ基である請求項１又は２のいずれかに記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
【請求項４】
溶液中で一重鎖らせん構造をとる請求項１〜３のいずれかに記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で安定ならせん構造をとる新規な化合物に関する。詳しくは、５位に親水性の置換基を導入した水溶液中で安定な新規ポリ（メタフェニレン）誘導体及びその重合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界には数多くのらせん構造をとる物質が存在し、その一部は生命の源として重要な役割を担っている。一方、合成化学、特に合成高分子の世界でも多くのらせん構造化合物が作られ、工業的にも重要な位置を占めている。加えて、最近では、天然物模倣の視点から種々のらせん高分子が合成されてきた。しかしながら、こうした合成高分子の多くは、有機溶媒中や固体状態では安定であっても水系溶媒中では不安定な場合が多い。メタフェニレン骨格からなるオリゴマーやポリマーは、固体中では５１−らせん構造を形成するが、溶液中では構造を維持できずランダムなコンホメーションをとることが知られている。水系でのらせん高分子の合成は緒についたばかりであり、ポリフェニルアセチレン（非特許文献１）、ポリイソシアニド（非特許文献２）、ポリシラン（非特許文献３）等、報告例は少ない。
【０００３】
【非特許文献１】K. Maeda et al . J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16284-16285.
【非特許文献２】M. Ishikawa. et al. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 732-733.
【非特許文献３】K. Oka, et al. J. Organomet. Chem. 2000, 611, 45-51.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既に述べた様に、数少ない水中でのらせん構造化合物の例として、ポリフェニルアセチレン、ポリイソシアニド、ポリシラン等があるが、これらは何れも光や空気（酸素）あるいは熱により分解してしまう。従って、これらは工業的な利用には至っていない。
本発明の目的は、水中で安定ならせん構造化合物を創製し、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明者らは、こうした欠点を克服し、水中でも安定ならせん構造を有する化合物の合成とこれらの重合、高分子化をめざして、鋭意、研究を進めてきた。その結果、５位に親水性の基、好ましくは光学活性な置換基を導入したポリ（メタフェニレン）誘導体（以下、ｐｏｌｙ−１と略称する）が予想に反して、水中で安定ならせん構造をとることを見出し、本願発明を完成した。
即ち本発明は、フェニル環の５位に親水性の置換基を導入したポリ（メタフェニレン）誘導体に関する。より詳細には、本発明は、次式（１）、
【０００６】
【化２】
0005231783.tif 000002
【０００７】
（式中、Ｒは親水性の置換基を表し、ｎはポリマーの繰り返し数を表す。）
で表されるポリ（メタフェニレン）誘導体に関する。
本発明をさらに詳細に説明すれば、以下のとおりとなる。
（１）前記式（１）、
（式中、Ｒは親水性の置換基を表し、ｎはポリマーの繰り返し数を示す。）
で表されるポリ（メタフェニレン）誘導体。
（２）親水性の置換基が、オリゴアルキレンオキシ鎖である前記（１）に記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
（３）親水性の置換基が、繰り返し単位３以上のオリゴアルキレンオキシ鎖である前記（１）又は（２）に記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
（４）親水性の置換基が繰り返し単位４又は５であるオリゴアルキレンオキシ鎖である前記（１）〜（３）のいずれかに記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
（５）親水性の置換基が、アルキル基、エーテル基、エステル基、ケトン基、ニトリル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、スルフィド基、チオール基、又はジスルフィド基の何れかの基でさらに置換されていていてもよいオリゴアルキレンオキシ鎖である前記（１）〜（４）のいずれかに記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
（６）親水性の置換基が、光学活性なオリゴアルキレンオキシ鎖である前記（１）〜（５）のいずれかに記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
（７）溶液中で一重鎖らせん構造をとる前記（１）〜（６）のいずれかに記載のポリ（メタフェニレン）誘導体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による５位に親水性の置換基を導入したポリ（メタフェニレン）誘導体（ｐｏｌｙ−１）は新規物質であり、本発明は、空気中や高温下、あるいは光の当たる環境下で安定な水溶性のらせん構造を有する化合物を提供する。
本発明は、光線、水中、空気中で安定な、水溶性人工らせん化合物を提供するものであり、その結果、医学、工学の分野での大きな貢献が期待できる。更に、例えば、ＨＰＬＣのキラル検知・分取カラム、キラル蛍光センサー等の他、分子レベルでの混合が可能になる特徴を生かし、従来は酵素反応などの生体反応以外にはなし得なかった生物化学的な反応を低温域あるいは高温域で実施するなども可能になり、遺伝子情報に類似の情報伝達や増殖に似た自発反応の誘起も可能になる。また、通常の環境下で安定な水溶性のらせんにすることで、フィルムの弾性率や耐熱性、熱物性等の飛躍的な向上が期待できる。
更に、液晶材料への応用も期待できる。
【０００９】
本発明のポリ（メタフェニレン）誘導体は、フェニル環の５位に親水性の置換基を有することを特徴とするものである。
本発明における「親水性の置換基」としては、親水性で５原子〜４０原子、好ましくは９原子〜２０原子程度の大きさを有する有機基が挙げられる。
好ましい親水性の置換基としては、次の一般式（２）、
−Ｒ１−（Ｏ−Ｒ２）ｍ−Ｏ−Ｒ３            （２）
（式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立してアルキレン基を表し、Ｒ３はアルキル基を表し、ｍは繰り返し数を表す。）
で表されるオリゴアルキレンオキシ基が挙げられる。
Ｒ１及びＲ２のアルキレン基としては、炭素数１〜６、好ましくは２〜５の直鎖状又は分岐鎖状の２価のアルキレン基が挙げられる。好ましいアルキレン基としてはエチレン基、プロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基などが挙げられる。
Ｒ３のアルキル基としては、炭素数１〜８、好ましくは１〜５、更に好ましくは１〜３の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。好ましいアルキル基としては、メチル基、エチル基などが挙げられる。
ｍの繰り返し数としては、３以上であれば特に制限はないが、好ましくは３〜１０、より好ましくは３〜６、更に好ましくは４〜６が挙げられる。好ましい繰り返し数ｍとしては３〜５が挙げられる。
【００１０】
本発明の親水性の置換基、又は前記してきたアルキレン基若しくはアルキル基は、さらに置換基で置換されていてもよい。このような置換基としては、特に制限はないが、親水性の置換基が好ましい。このような置換基の例としては、例えば、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ニトリル基、カルボキシル基、アミノ基、アルキル置換アミノ基、チオール基などが挙げられる。特に好ましい置換基としては、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ニトリル基、カルボキシル基、アミノ基などが挙げられる。ここにおいてアルキル基としては前記してきたアルキル基、アルコキシ基としては前記してきたアルキル基から誘導されるアルコキシ基が挙げられる。
また、本発明の親水性の置換基、又は前記一般式（２）で表されるオリゴアルキレンオキシ基のなかの１個以上、好ましくは１〜ｍ個、又は１〜６個のメチレン基又は酸素原子が、２価の官能基、例えば、エーテル基（−Ｏ−）、エステル基（−ＣＯＯ−）、ケトン基（−ＣＯ−）、アミド基（−ＣＯＮＨ−）、スルフィド基（−Ｓ−）、又はジスルフィド基（−Ｓ−Ｓ−）などでさらに置換されていてもよい。特に好ましい置換基としては、エーテル基、エステル基、ケトン基、スルフィド基などが挙げられる。
【００１１】
本発明の親水性の置換基、又は一般式（２）で表されるオリゴアルキレンオキシ基は、不斉炭素原子を含有する光学活性体が好ましい。一般式（２）で表されるオリゴアルキレンオキシ基の場合には、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のいずれか少なくとも１つ、好ましくはＲ１が不斉炭素原子を含有する光学活性体が好ましい。このような不斉炭素原子は、アルキレン基又はアルキル基自体により形成されてもよいし、また水酸基やアルコキシ基などの官能基が置換して形成されるものであってもよい。
また、これらの不斉炭素原子の少なくとも１個は光学活性体であることが好ましい。
本発明のポリ（メタフェニレン）誘導体は、例えば、次の反応式、
【００１２】
【化３】
0005231783.tif 000003
【００１３】
（式中、Ｒは親水性の置換基を表し、ｎはポリマーの繰り返し数を示す。）
で表される方法により製造することができる。３，３−ジブロモフェノールをＲ−ＯＨを用いて親水性の置換基を導入し、これをニッケル触媒の存在下で縮合させて目的のポリ（メタフェニレン）誘導体を製造することができる。
Ｒが、次の式、
【００１４】
【化４】
0005231783.tif 000004
【００１５】
の場合を例として本発明のポリ（メタフェニレン）誘導体の一種であるｐｏｌｙ−１の製造法について、さらに詳細に説明する。先ず、３，５−ジブロモフェノールに光延反応を利用して光学活性又は光学不活性な親水性置換基を導入することにより、（Ｓ）−１，３−ジブロモ−５−（２−（２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ）エトキシ）プロポキシ）ベンゼン（(S)-1,3-dibromo-5-(2-(2-(2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) propoxy) benzene）（以下モノマー（１）と略記する）が得られる。次に、これをビス（１，５−シクロオクタジエン）ニッケル（bis(1,5-cyclooctadiene)nickel ）（以下、Ｎｉ（ｃｏｄ）２  と略記）などのニッケル触媒を用いてモノマー（１）を重合する。この結果、環状オリゴマーと直鎖状ポリマーからなる混合物が得られるので、これらの混合物をＨＰＬＣにより分取して、高分子量成分（ｐｏｌｙ−１と略記）を製造することができる。
【００１６】
このようにして製造されたｐｏｌｙ−１の円二色性分散（以下、ＣＤと略称）及び紫外可視近赤外吸収スペクトル（以下、ＵＶ−Ｖｉｓと略称）を測定すると、クロロホルム溶液中では明瞭なコットン効果を示さないが、メタノール中では吸収スペクトルの明確な淡色効果とともに主鎖の吸収領域に強いコットン効果が観測される。これらの事実はｐｏｌｙ−１が芳香族相互作用を介して一方向巻きに偏ったらせん構造をとっていることを示している。ｐｏｌｙ−１はまた、水―メタノール混合溶媒中でも含水率が５０体積％以下では、吸収スペクトルの単色効果と主鎖の吸収領域に強いコットン効果を示すことから、一方向巻きに偏ったらせん構造をとっていることがわかる。クロロホルム−メタノール系の溶媒中で希釈実験を行っても濃度依存性が全く観測されないことから、ｐｏｌｙ−１が二重鎖らせんではなく、一重鎖らせん構造を形成していることが確認できる。これらの結果は、ポリメタフェニレン誘導体として、一重鎖らせん構造を示す初めてのものである。
【００１７】
本発明を分りやすく説明するために実施例を示すが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
（１）アルゴン雰囲気中、水冷下（約２２℃）、３，５−ジブロモフェノール（４．８１ｇ，１９．０ｍｍｏｌ，Ａｌｄｒｉｃｈ）、（Ｓ）−２−（２−（２−）メトキシエトキシ）エトキシ）エトキシ）プロパノール（(S)-2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)propanol）（３．７０ｇ，１６．６ｍｍｏｌ）、トリフェニルホスフィン（５．０７ｇ，１９．１ｍｍｏｌ）の無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ，２００ｍＬ）溶液へ、アゾジカルボン酸ジイソプロピルエステル（３．８７ｇ，１９．１ｍｍｏｌ）のＴＨＦ（１００ｍＬ）溶液を３０分かけて徐々に滴下した後、さらにその温度で２２時間撹拌した。
反応終了後、反応溶液を濃縮し、酢酸エチルを加えて懸濁液を得た。酢酸エチル不溶部をセライトろ過で除いた後、その可溶部を濃縮して粗生成物を得た。さらにこの粗生成物をシリカゲルカラム（ヘキサン／酢酸エチル＝１／１，ｖ／ｖ）で精製して、淡黄色オイル状のモノマー（１）を得た。収量５．３２ｇ（１１．７ｍｍｏｌ，収率７０．１％）。
【００１９】
（２）アルゴン雰囲気中、無水Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ，１．６ｍｌ）へ、ビス（１，５−シクロオクタジエン）ニッケル（０）（１．０４ｇ，３．７８ｍｍｏｌ），２，２’−ビピリジン（０．６２７ｇ，４．０１ｍｍｏｌ），無水１，５−シクロオクタジエン(0.49 ml)を加えて、８０℃で１時間撹拌し、０価ニッケル錯体を調整した。そのニッケル錯体の溶液へ、前記（１）で製造した化合物１（１．００ｇ，２．１９ｍｍｏｌ）を加えた後、その温度で１２時間攪拌した。室温下、反応溶液を冷却した後、濃塩酸を加えて緑色の透明な溶液とした後、トリエチルアミンで中和した。溶媒を完全に留去した後、乾燥した固体をＴＨＦで抽出し、ＴＨＦ可溶部を回収した。さらにその可溶部をアミノ化シリカゲルカラム（メタノール）で精製して、淡褐色オイル状の粗生成物を得た。収量６１１ｍｇ（２．０６ｍｍｏｌ），収率９４．１％。さらに、それをＨＰＬＣで分取して、淡褐色ロウ状の高分子量ポリマー（ｐｏｌｙ−１）を得た。収量  １５４ｍｇ（０．５２０ｍｍｏｌ），収率２３．７％。ｐｏｌｙ−１の数平均分子量（Ｍｎ）は１．０９×１０４、重合度（ＤＰｎ）  は３８、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎは１．２９であった。
【００２０】
次に、ＣＤＣｌ３、ＣＤ３ＯＤ、又はＣＤ３ＯＤ／Ｄ２Ｏの混合溶媒中でｐｏｌｙ−１のＣＤおよび吸収スペクトルを測定した。測定条件は、２５℃で、濃度は１ｍＭ／ユニットである。結果を図１に示す。図１の横軸は波長（ｎｍ）を示し、左側の縦軸はΔε（ｃｍ−１・Ｍ−１・ユニット−１）を示し、右側の縦軸はε（１０４×ｃｍ−１・Ｍ−１・ユニット−１）を示す。図１の破線はＣＤＣｌ３の場合を示し、細い実線はＣＤ３ＯＤの場合を示し、太い実線はＣＤ３ＯＤ／Ｄ２Ｏの混合溶媒（１：１）の場合を示す。ｐｏｌｙ−１はＣＤＣｌ３溶液では明瞭なコットン効果を示さないが、ＣＤ３ＯＤ中では吸収スペクトルの明確な淡色効果とともに、主鎖の吸収領域に強いコットン効果が観測された。これらの結果は、ｐｏｌｙ−１が芳香族相互作用を介して一方向巻きに偏ったらせん構造をとっていることを示している。また、ＣＤ３ＯＤ／Ｄ２Ｏの混合溶媒中でも含水率が５０体積％以下では、吸収スペクトルの単色効果と主鎖の吸収領域に強いコットン効果を示すことから、一方向巻きに偏ったらせん構造をとっていると考えられる。
【００２１】
次に、ＣＨＣｌ３／ＭｅＯＨ（２０／８０，ｖ／ｖ）中で希釈実験を行った。測定条件は、２５℃で、ｐｏｌｙ−１の濃度を０．０２ｍＭから５．１９ｍＭに変化させた。結果を図２に示す。図２の横軸は、ポリマーのモル濃度（［Ｐ１Ｈ］／Ｍ）を示し、左側の縦軸はΔε２６７（ｃｍ−１・Ｍ−１・ユニット−１）を示し、右側の縦軸はε３０６（１０４×ｃｍ−１・Ｍ−１・ユニット−１）を示す。図２の白丸は吸光度（モル吸光係数）の場合を示し、黒丸はモル円二色性の場合を示す。この結果、濃度依存性が全く観測されなかったことから、ｐｏｌｙ−１が二重らせんではなく、一本鎖からなるらせん構造を形成していることが確認できた。以上の結果は、ポリメタフェニレン誘導体の一重らせん構造の初めてのものである。
【実施例２】
【００２２】
１，３−ジブロモ−５−（（２−（２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ）エトキシ）エトキシ）−ベンゼン（1,3-dibromo-5-((2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)ethoxy)benzene）（２）の製造：
標記ポリマーを次に示す反応式にしたがって製造した。
【００２３】
【化５】
0005231783.tif 000005
【００２４】
（１）アルゴン雰囲気中、水冷下（約２０℃）、３，５−ジブロモフェノール（５．４９ｇ，２１．８ｍｍｏｌ）、２−（（２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ）エトキシ）エタノール（2-((2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)ethanol）（５．００ｇ，２４．０ｍｍｏｌ）、トリフェニルホスフィン（６．２５ｇ，２３．８ｍｍｏｌ）の無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ，２００ｍｌ）溶液へ、アゾジカルボン酸ジイソプロピルエステル（４．８１ｇ，２３．８ｍｍｏｌ）のＴＨＦ（１２５ｍｌ）溶液を３０分かけて徐々に滴下した後、さらにその温度で一日撹拌した。
反応終了後、反応溶液を濃縮し、酢酸エチルを加えて懸濁液を得た。酢酸エチル不溶部をセライトろ過で除いた後、その可溶部を濃縮して粗生成物を得た。さらにこの粗生成物をシリカゲルカラム（ヘキサン／酢酸エチル＝１／１，ｖ／ｖ）  で精製して、淡黄色オイル状のモノマー（２）を得た。収量６．８３ｇ（１５．４ｍｍｏｌ，収率７０．６％）。
【００２５】
（２）モノマー（２）の重合によるｐｏｌｙ−２の合成：
アルゴン雰囲気中、無水Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ，２．４ｍｌ）へ、ビス（１，５−シクロオクタジエン）ニッケル（０）（１．２０ｇ，４．３６ｍｍｏｌ），  ２，２’−ビピリジン（０．６８０ｇ，４．３５ｍｍｏｌ）、無水１，５−シクロオクタジエン（０．５１ｍｌ）を加えて、８０℃で１時間撹拌し、０価ニッケル錯体を調整した。そのニッケル錯体の溶液へ、前記（１）で製造したモノマー（２）（０．５３ｇ，１．２０ｍｍｏｌ）を加えた後、その温度で１２時間攪拌した。室温下、反応溶液を冷却した後、濃塩酸を加えて緑色の透明な溶液とした後、トリエチルアミンで中和した。溶媒を完全に留去した後、乾燥した固体をＴＨＦで抽出し、ＴＨＦ可溶部を回収した。さらにその可溶部をアミノ化シリカゲルカラム（メタノール）で精製して、淡褐色オイル状の粗生成物を得た。収量３４０ｍｇ（１．２０ｍｍｏｌ），収率１００％。さらに、それをＨＰＬＣで分取して、淡褐色ロウ状の高分子量ポリマー（ｐｏｌｙ−２）を得た。収量７６．０ｍｇ（０．２６８ｍｍｏｌ），収率２２．３％。ｐｏｌｙ−２の数平均分子量（Ｍｎ）は１．３９×１０４、重合度（ＤＰｎ）は４９、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎは１．３２であった。
【００２６】
次に、ＣＨＣｌ３、ＭｅＯＨ、又はＭｅＯＨ／Ｈ２Ｏ混合溶媒中でｐｏｌｙ−２の吸収スペクトルを測定した。測定条件は、２５℃で、濃度は１ｍＭ／ユニットである。結果を図３に示す。図３の横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は吸光度ε（１０４×ｃｍ−１・Ｍ−１・ユニット−１）を示す。この結果、ｐｏｌｙ−２はＭｅＯＨ中およびＭｅＯＨ／Ｈ２Ｏ混合溶媒中では、ＣＨＣｌ３中の場合と比べて明確な淡色効果が観測された。この結果は、ｐｏｌｙ−２がｐｏｌｙ−１と同様に一本鎖からなるらせん構造を形成していることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、光線、水中、空気中で安定な、水溶性の人工らせん化合物を提供するものであり、例えば、ＨＰＬＣのキラル検知・分取カラム、キラル蛍光センサー等の他、分子レベルでの混合が可能になる特徴を生かし、従来は酵素反応などの生体反応以外にはなし得なかった生物化学的な反応を低温域あるいは高温域で実施するなども可能になり、遺伝子情報に類似の情報伝達や増殖に似た自発反応の誘起も可能になる。また、通常の環境下で安定な水溶性のらせんにすることで、フィルムの弾性率や耐熱性、熱物性等の飛躍的な向上が期待でき、試薬や分析分野だけでなく、各種の材料分野において、産業上の利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、各種溶媒中（重クロロホルム、重メタノール、重メタノール／重水（１／１））におけるｐｏｌｙ−１のＣＤ及び吸収スペクトルを示す。
【図２】図２は、重クロロホルム／重メタノール（２／８）混合溶媒中でのｐｏｌｙ−１のΔε２６７及びε３０６の濃度依存性の結果を示す。
【図３】図３は、ｐｏｌｙ−２の吸収スペクトルを示す。
【図１】
0005231783.tif 000007
【図２】
0005231783.tif 000008
【図３】
0005231783.tif 000009